JP2005285798A - 基板保持機構、ならびにそれを用いた基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板対向面が鏡面であり、かつ、リワークが実質的に不要なスピンベースを有する基板保持機構、ならびにそのような基板保持機構を用いた基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】スピンチャック１は、スピンベース１１と、基板保持ピン１２とを備えている。スピンベース１１の下面には回転軸２１が結合されており、この回転軸２１は回転駆動機構２によって回転駆動される。スピンチャック１に保持された基板Ｓには、上面処理液供給機構３および下面処理液供給機構４からの処理液が供給される。スピンベース１１は、金属助剤不使用の炭化シリコン材料からなり、その表面は、基板対向面１１ａを含めて鏡面仕上げされている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体ウエハ、液晶表示パネル用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板等に代表される各種基板を、エッチング液などの処理液によって処理する基板処理装置および基板処理方法、ならびにそれらに用いられる基板保持機構に関する。

半導体装置の製造工程や液晶表示パネルの製造工程などでは、基板を１枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置が用いられる場合がある。たとえば、基板の精密洗浄に用いられる枚葉型の基板処理装置は、基板をほぼ水平に保持して回転するスピンチャックと、このスピンチャックに保持されて回転されている基板の上面および下面に洗浄用の処理液（純水または薬液）を供給するための処理液供給機構とを有している。

スピンチャックは、水平に配置された板状のスピンベースと、このスピンベースの周縁部に設けられた複数のチャックピンとを備え、チャックピンによって、スピンベースとほぼ平行に基板を保持するようになっている。この構成により、基板の下面を雰囲気から遮蔽した状態で洗浄処理を行うことができ、また、洗浄処理後の乾燥処理時には、スピンベースの中央付近からガスをパージすることによって、基板の下面が外部雰囲気の侵入によって汚染されることを防止できる。

洗浄処理時および乾燥処理時には、スピンベースは、１０００〜３０００ｒｐｍの回転速度で高速回転させられる。そのため、スピンベースには、相応の機械的強度が求められる。また、スピンベースには、酸等の薬液に対する耐性（耐薬品性）が要求されるとともに、薬液による環境応力に起因する変形や熱変形等も許されない。このような理由から、スピンベースには、ふっ素樹脂等の一般的な材料を用いることができず、炭化シリコン（ＳｉＣ）がしばしば使用されている。

しかし、炭化シリコン材料からなる部材は、通常、金属元素等を助剤として用いた焼結法によって製作されるため、そのまま用いると、金属元素等の不純物が析出し、基板や装置を汚染してしまう。
そこで、基板処理装置に用いられるスピンベースは、炭化シリコン材料の焼結体からなる母材の表面に、高純度炭化シリコンのＣＶＤ（化学的気相成長）コーティングやふっ素樹脂コーティングが施された構造となっている。
特開２００２−３２９６９４号公報

しかし、高純度炭化シリコンのＣＶＤコーティングを施したものでは、表面が鏡面ではなく、微細な凹凸を有するマット状の表面となっている。そのため、バッファードふっ酸等のように結晶成分を含む薬液を使用すると、結晶成分がスピンベースに付着し、この付着した結晶成分を流水によって完全に洗い落とすことができない状態に至る。こうしてスピンベースに付着した結晶成分は、乾燥処理時にスピンベースから離脱し、洗浄処理済みの基板の下面に転写されて、基板の再汚染を招く。

スピンベースの表面の鏡面仕上げをすれば、この問題を回避できるであろうが、ＣＶＤコーティングは数μｍ程度の薄膜であるから、鏡面仕上げをすれば、母材の露出は必至である。
一方、ふっ素樹脂コーティングを施したものでは、ふっ酸等の浸透性の薬液を用いる場合に問題がある。すなわち、ふっ酸等の浸透性の薬液は、ガス状態でふっ素樹脂コーティング層を透過し、このコーティング層と炭化シリコン母材との間で再液化する。これにより、ふっ素樹脂コーティングは、ブリスター状態となってしまう。そのため、一定期間毎にふっ素樹脂コーティングを剥がして、ふっ素樹脂コーティングをやり直す処理（リワーク）が必要である。

また、メンテナンス時等に、誤って軟質なふっ素樹脂コーティング面に傷をつけてしまうこともある。このような場合、結晶成分を洗い落とせないため、リワークが必要となることもある。
さらに、銅配線プロセスに用いられる基板処理装置に適用されたスピンベースのリワークを、銅配線プロセス以外の処理に用いられた他のスピンベースのリワークと同一のふっ素樹脂コーティングラインで行えば、銅汚染が不可避である。しかし、ふっ素樹脂コーティングラインは大規模であり、銅配線プロセス用スピンベースのリワークと、それ以外のスピンベースのリワークとに、個別のふっ素樹脂コーティングラインを準備するのは、主としてコスト上の問題から、実際上不可能である。

そこで、この発明の目的は、基板対向面が鏡面であり、かつ、リワークが実質的に不要なスピンベースを有する基板保持機構、ならびにそのような基板保持機構を用いた基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

前記の目的を達成するためのこの発明の基板保持機構は、基板（Ｓ）を保持しつつ所定の回転軸（２１）を回転中心として回転する基板保持機構（１）であって、前記回転軸に固定され、金属助剤不使用の炭化シリコン材料からなり、少なくとも基板に対向する基板対向面を鏡面仕上げしたスピンベース（１１）と、このスピンベースに取り付けられ、基板を保持するための基板保持ピン（１２）とを含む。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、スピンベースは、金属助剤を使用しない高純度の炭化シリコン材料からなっているため、金属汚染を生じるおそれがなく、基板対向面のコーティングが不要である。そのため、基板対向面の鏡面仕上げが可能である。そこで、この発明では、基板対向面を鏡面仕上げすることによって、処理液中の結晶成分が基板対向面に付着して残留することを抑制または防止するようにしている。これにより、基板への結晶成分の再付着を抑制または防止でき、処理後の基板を清浄な状態とすることができる。

また、基板対向面のコーティングが不要であることから、リワークも実質的に不要になる。これにより、基板処理装置のダウンタイムを短縮できるから、基板処理の生産性を向上できる。
前記スピンベースは、炭化シリコンウエハと同等の炭化シリコン材料からなっていてもよい。

この発明の基板処理装置は、前述のような構成の基板保持機構（１）と、この基板保持機構を前記回転軸まわりに回転させる基板保持機構回転駆動機構（２）と、前記基板保持機構に保持されている基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段（３，４）とを含む。
また、この発明の基板処理方法は、前述のような構成の基板保持機構によって基板を保持する基板保持工程と、この基板保持機構を前記回転軸まわりに回転させる基板回転工程と、この基板回転工程中に、前記基板保持機構によって基板の表面に処理液を供給する処理液供給工程とを含む。

処理対象の前記基板は、銅膜が表面に露出している基板であってもよい。この場合でも、スピンベースのリワークが実質的に不要であることから、銅プロセスに使用したスピンベースのリワーク設備が不要であるとともに、銅汚染の問題も回避できる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の図解的な概要図である。この基板処理装置は、たとえば、表面に銅配線等の銅膜が形成された状態の基板Ｓを処理するための装置である。この基板処理装置は、基板Ｓをほぼ水平にした状態で高速回転（１０００〜３０００ｒｐｍ）することができるスピンチャック１と、スピンチャック１を回転するための回転駆動機構２と、スピンチャック１に保持されている基板Ｓの上面および下面に向けて薬液や純水などの処理液をそれぞれ供給する上面処理液供給機構３および下面処理液供給機構４とを備えている。

スピンチャック１は、鉛直方向に沿って配置された回転軸２１と、この回転軸２１の上端に水平に固定された円板状のスピンベース１１と、このスピンベース１１の周縁部において周方向に間隔をあけて立設され、基板Ｓの周縁部を保持する複数本（たとえば、３本）の基板保持ピン１２とを備えている。
スピンベース１１は、炭化シリコン材料で構成されており、基板Ｓに対向する基板対向面１１ａを含む全表面が、鏡面仕上げされていて、光沢を帯びた研磨面となっている。すなわち、スピンベース１１は、外部に露出する部分がすべて炭化シリコン材料からなっていて、表面に何らのコーティング処理も施されていない。この実施形態では、スピンベース１１は、金属助剤を使用せずに作製されたものであり、炭化シリコンウエハと同等の炭化シリコン材料からなっている。

スピンベース１１の下面のほぼ中央部に固定された回転軸２１は、中空軸となっており、回転駆動機構２からの回転力が回転軸２１に入力されることによって、スピンチャック１が回転できるようになっている。
上面処理液供給機構３は、基板Ｓの上面のほぼ中心付近に処理液を吐出できるように配置された上面ノズル３１と、この上面ノズル３１に処理液を供給する処理液供給管３２と、この処理液供給管３２に薬液供給源からの薬液を供給する薬液供給管３３と、処理液供給管３２に純水供給源からの純水（脱イオン水）を供給する純水供給管３４と、薬液供給管３３に介装された薬液バルブ３５と、純水供給管３４に介装された純水バルブ３６とを含む。

下面処理液供給機構４は、基板Ｓの下面のほぼ中心付近に処理液を吐出できるように配置された下面ノズル４１と、中空の回転軸２１の内部に挿通されて下面ノズル４１に処理液を供給する下面処理液供給管４２と、この下面処理液供給管４２に薬液供給源からの薬液を供給する薬液供給管４３と、下面処理液供給管４２に純水供給源からの純水（脱イオン水）を供給する純水供給管４４と、薬液供給管４３に介装された薬液バルブ４５と、純水供給管４４に介装された純水バルブ４６とを備えている。

回転軸２１の内壁と下面処理液供給管４２の外壁との間の空間は、不活性ガス供給路５となっている。不活性ガス供給路５は、スピンベース１１を貫通してその上方の空間と連通している。この不活性ガス供給路５には、不活性ガス供給源から、窒素ガス等の不活性ガスが、不活性ガスバルブ５１を介して供給できるようになっている。
上面処理液供給機構３および下面処理液供給機構４は、基板保持ピン１２によって保持された基板Ｓが、回転駆動機構２の回転力によってスピンベース１１とともに回転しているときに、処理液を基板Ｓの上下面にそれぞれ供給できるようになっている。

この基板処理装置に搬入される未処理の基板Ｓは、スピンチャック１にローディングされる。スピンチャック１は、複数本の基板保持ピン１２によって、基板Ｓをほぼ水平に保持する。この状態で、回転駆動機構２によって回転軸２１が回転駆動される。これにより、スピンチャック１が保持している基板Ｓは、スピンチャック１とともに回転する。その回転中に、基板Ｓの表面（上面および下面のうち少なくともいずれか一方）に、処理液供給機構３および／または処理液供給機構４から処理液が供給される。これによって、基板Ｓの表面の処理が達成される。

より具体的には、まず、薬液バルブ３５，４５が開かれて基板Ｓの上面および下面にそれぞれ薬液が一定時間にわたって供給される。その後、薬液バルブ３５，４５が閉じられ、代わって純水バルブ３６，４６が開かれる。これにより、基板Ｓの上面および下面の薬液を流水によって洗い流すリンス処理が一定時間にわたって行われる。
その後は、基板Ｓへの処理液の供給を停止するとともに、スピンチャック１を高速回転（たとえば、３０００ｒｐｍ程度の回転速度）し、基板Ｓの上下面の液成分を振り切る乾燥処理が行われる。このとき、不活性ガスバルブ５１が開かれ、回転軸２１と下面処理液供給機構４との間の不活性ガス供給路５を介して、窒素ガス等の不活性ガスが、スピンベース１１と基板Ｓとの間に供給される。これにより、外部の雰囲気の侵入を防いで、基板Ｓの下面の汚染を防止している。

なお、基板Ｓの上方に、スピンチャック１に対して近接／離反するように上下動する遮断板（たとえば、基板Ｓとほぼ同様の大きさの円板）を設け、この遮断板を基板Ｓの上面に近接配置した状態で処理を行えば、基板Ｓの上面の汚染を抑制できる。この場合に、乾燥処理時には、たとえば、遮断板の中央付近から、この遮断板と基板Ｓの上面との間に不活性ガスを供給すれば、外部雰囲気の侵入を防いで、基板Ｓの上面の汚染を抑制または防止できる。

以上のようにこの実施形態によれば、スピンベース１１が、金属助剤を使用しない炭化シリコン材料からなっていて、その表面が基板対向面１１ａを含めて鏡面に仕上げられている。したがって、スピンベース１１が基板Ｓに対する金属汚染源となることがない。また、バッファードふっ酸等のように結晶成分を含む薬液を使用した場合でも、スピンベース１１に付着した結晶成分は、流水によるリンス処理によって排除することができる。したがって、結晶成分による基板Ｓの汚染も抑制または防止できる。

しかも、表面コーティングが施されていないので、スピンベース１１のリワークの必要性もない。したがって、スピンベース１１のリワーク設備をなくすことができ、半導体装置等の製造コストを著しく低減できる。それとともに、リワークに伴うダウンタイムをなくすことができるから、基板処理装置のダウンタイムを短縮でき、その結果、基板処理の生産性を向上することができる。

また、スピンベース１１のリワークが不要であることから、銅膜を表面に有する基板Ｓの処理に用いられたスピンベース１１のための専用のリワーク設備を設ける必要もなく、リワーク設備における銅汚染の問題もない。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の実施形態で実施することもできる。たとえば、上記実施形態では、ほぼ円形の基板Ｓの処理に関して説明したが、この発明は、液晶パネル用ガラス基板のような角形基板についても同様に実施することができる。角形基板を処理する場合、角形基板の少なくとも４辺を支持する４個の基板保持ピンが必要である。

さらに、上記実施形態では、基板Ｓの表面の中心付近に処理液を吐出して基板に処理を施すこととしたが、基板Ｓの周縁部に処理液を吐出して、基板Ｓに処理を施す基板処理装置にもこの発明を適用できる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る基板処理装置の図解的な概略図である。

符号の説明

１ スピンチャック
１１ スピンベース
１２ 基板保持ピン
２ 回転駆動機構
２１ 回転軸
３ 上面処理液供給機構
３１ 上面ノズル
３２ 上面処理液供給管
４ 下面処理液供給機構
４１ 下面ノズル
４２ 下面処理液供給管
Ｓ 基板

Claims (5)

1. 基板を保持しつつ所定の回転軸を回転中心として回転する基板保持機構であって、
   前記回転軸に固定され、金属助剤不使用の炭化シリコン材料からなり、少なくとも基板に対向する基板対向面を鏡面仕上げしたスピンベースと、
   このスピンベースに取り付けられ、基板を保持するための基板保持ピンとを含むことを特徴とする基板保持機構。
2. 前記スピンベースが炭化シリコンウエハと同等の炭化シリコン材料からなっていることを特徴とする請求項１記載の基板保持機構。
3. 請求項１または２記載の基板保持機構と、
   この基板保持機構を前記回転軸まわりに回転させる基板保持機構回転駆動機構と、
   前記基板保持機構に保持されている基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段とを含むことを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１または２記載の基板保持機構によって基板を保持する基板保持工程と、
   この基板保持機構を前記回転軸まわりに回転させる基板回転工程と、
   この基板回転工程中に、前記基板保持機構によって基板の表面に処理液を供給する処理液供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
5. 処理対象の前記基板は、銅膜が表面に露出している基板であることを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。

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